自潤(rùn)滑軸承的特性及其應(yīng)用

2012-04-06

作者：高欣
（黑龍江哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司）

　　摘　要：介紹了德國(guó)GLACLER公司設(shè)計(jì)制造的DEVA—BM的金相組織結(jié)構(gòu)、自潤(rùn)滑特性和DEVA—BM的機(jī)械性能，及DEVA—BM在水力發(fā)電設(shè)備上的應(yīng)用，描述了DEVA—BM軸承裝配安裝方法及使用壽命計(jì)算方法。
　　關(guān)鍵字：DEVA—BM；金相組織；自潤(rùn)滑；安裝方法；壽命計(jì)算
　　前　言
　　在水力發(fā)電設(shè)備中，以往使用的尼龍軸承、銅瓦軸承自身的缺點(diǎn)較多。如純尼龍軸承的吸水膨脹性，增加了尺寸的不穩(wěn)定因素，出現(xiàn)抱軸等現(xiàn)象，給電站實(shí)際運(yùn)行帶來(lái)了隱患；銅瓦軸承需要干油潤(rùn)滑，造價(jià)較高，工藝復(fù)雜，不利于環(huán)保，承載能力低，擠壓應(yīng)力較高，只有加大本體部件的軸徑尺寸，才能降低軸瓦的擠壓應(yīng)力，這樣勢(shì)必造成發(fā)電設(shè)備本體部件材料的浪費(fèi)。隨著我國(guó)加入WTO的步代加快，與外國(guó)公司的合作項(xiàng)目日趨增多，外國(guó)先進(jìn)的自潤(rùn)滑產(chǎn)品進(jìn)入我國(guó)市場(chǎng)，給我國(guó)的水力發(fā)電設(shè)備注入了新的活力。本文對(duì)德國(guó)GLACIER公司研制的DEVA—BM材料的金相組織結(jié)構(gòu)、自潤(rùn)滑特性、裝配安裝方法、實(shí)際應(yīng)用及其使用壽命的估算方法等進(jìn)行了分析探討。
　　1　DEVA—BM材料的金相組織結(jié)構(gòu)
　　DEVA—BM系列產(chǎn)品是采用先進(jìn)的粉末冶金技術(shù)制造的，其產(chǎn)品的合金材料是將DEVA—BM合金的薄壁層燒結(jié)到鋼基材上，DEVAMET－AL合金含有固體石墨潤(rùn)滑劑或使用二硫化鎢等低摩擦的添加劑，均勻地彌散在整個(gè)青銅或鉛青銅的金屬基體內(nèi)。為了保證有較低的摩擦系數(shù)，可以將石墨和聚四氟乙稀（PTFE）構(gòu)成的20μm的薄膜施加到軸承的表面，這種由石墨和聚四氟乙稀(PTFE)構(gòu)成的薄膜被稱(chēng)為磨合膜(見(jiàn)圖1)，可有效地保證軸承有較低的摩擦系數(shù)。

圖1　SEVA—BM的金相組織結(jié)構(gòu)

　　2　DEVA—BM的自潤(rùn)滑特性
　　DEVA—BM產(chǎn)品是利用其自身的干耐磨機(jī)理來(lái)工作的，其中固體潤(rùn)滑劑起著決定性的作用。眾所周知，石墨本身是層狀組織，其優(yōu)點(diǎn)是材料內(nèi)相鄰分子間、層之間的層間抗剪強(qiáng)度低。在DEVA—BM軸承開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，DEVAMETAL合金出現(xiàn)磨損，此時(shí)石墨從軸承表面釋放出來(lái)，通過(guò)配合端面的凹凸不平，機(jī)械地粘附在磨損處的接觸表面，形成了堅(jiān)固的低摩擦表面。依靠這個(gè)表面，DEVA—BM軸承得以繼續(xù)工作，并且磨損率很低。當(dāng)發(fā)生磨損時(shí)，所形成的石墨膜只要有任何損壞，將被DEVA—BM軸承中再次釋放出來(lái)的固體潤(rùn)滑劑修補(bǔ)。DEVA—BM就是通過(guò)這種干耐磨機(jī)理實(shí)現(xiàn)其自潤(rùn)滑特性的。
　　3　DEVA—BM合金的成分及其主要物理性能
　　DEVA—BM鋼基材及襯材基體成分如表1所示。
　　DEVA—BM的物理和機(jī)械性能如表2所示。
　　DEVA—BM的軸承性能如表3所示。

表1　DEVA—BM鋼基材及襯材基體萬(wàn)分

表2　DEVA—BM的物理和機(jī)械性能

表3　DEVA—BM的軸承性能

　　4　DEVA—BM的設(shè)計(jì)要素及使用壽命的計(jì)算方法
　　4.1單位負(fù)載施加于DEVA—BM上的Z大單位負(fù)載，取決于合金類(lèi)別和負(fù)載的類(lèi)別。在靜負(fù)載條件下，單位負(fù)載大；在動(dòng)負(fù)載條件下，因?yàn)樗馆S承產(chǎn)生疲勞應(yīng)力，因而允許的單位負(fù)載就要小。為評(píng)估軸承性能，單位負(fù)載

用工作負(fù)載除以軸承投影面積來(lái)確定，此值不應(yīng)超過(guò)表3所給出的負(fù)載極限。Z大負(fù)載值表現(xiàn)在軸承和接觸表面之間的良好對(duì)中性上。對(duì)于襯套

　　4.2負(fù)載類(lèi)別如上所述，DEVA金屬的磨損性取決于施加負(fù)載的大小以及負(fù)載的性質(zhì)。
　　4.2.1靜負(fù)載在靜負(fù)載時(shí)，負(fù)載相對(duì)軸承來(lái)說(shuō)，其負(fù)載大小和作用位置是恒定的，根據(jù)這樣的條件，DEVA—BM合金給出Z佳干磨損性。磨損集中在軸承表面，有利的弧形是在與軸接觸的地方。
　　4.2.2旋轉(zhuǎn)負(fù)載在旋轉(zhuǎn)負(fù)載時(shí)，負(fù)載的大小和運(yùn)動(dòng)是恒定的，是圍繞著軸承做圓周運(yùn)行。在這樣的條件下，在軸承表面所有點(diǎn)發(fā)生磨耗，導(dǎo)致軸承間隙增加，并且磨損加速發(fā)展。
　　4.2.3動(dòng)負(fù)載在動(dòng)負(fù)載時(shí)，負(fù)載相對(duì)軸承來(lái)說(shuō)，其大小和位置是變化的。在此條件下，DEVA—BM的性能取決于材料的疲勞性能，因此材料的負(fù)載能力降低。對(duì)于動(dòng)載荷，負(fù)載對(duì)DEVA—BM的性能影響系數(shù)αE=0.7。對(duì)于軸承固定一軸旋轉(zhuǎn)，運(yùn)動(dòng)類(lèi)別對(duì)DEVA—BM性能的影響系數(shù)αBS=1.10。
　　4.3滑動(dòng)速度對(duì)于襯套（連續(xù)旋轉(zhuǎn)）

　　軸承表面產(chǎn)生的摩擦熱，在干運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，隨著滑動(dòng)速度而增加，Z終對(duì)軸承材料的耐磨性產(chǎn)生不良影響。在干運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，DEVA—BM軸承尚能安全工作的Z大滑動(dòng)速度取決于合金成分。DE—VA—BM合金Z大滑動(dòng)速度的推薦值列于表3。工作時(shí)產(chǎn)生的摩擦熱，通過(guò)接觸表面和軸承材料散失到軸承座上。間隙工作產(chǎn)生的摩擦熱可以散失，從而降低軸承內(nèi)的溫度。
　　4.4

^U系數(shù)自潤(rùn)滑軸承的工作條件的好壞程度是由

^U系數(shù)確定的，它就是單位負(fù)載

和滑動(dòng)速度U的乘積，即

　　每一種SEVA—BM合金的

^U系數(shù)的Z大推薦值見(jiàn)表3。各種DEVA—BM合金單位磨損率

　　4.5軸承使用壽命估算方法
　　以哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)制造的大型電站進(jìn)口蝴蝶閥（見(jiàn)圖2）為例，計(jì)算軸承的使用壽命。

圖2　蝴蝶閥閥軸軸瓦受力簡(jiǎn)圖

　　4.5.1計(jì)算參數(shù)
　　蝴蝶閥活門(mén)直徑：5300mm
　　活門(mén)承受Z大靜壓：P=1.60MPa
　　軸承直徑：D₁=800mm
　　軸承長(zhǎng)度：B₁=600mm
　　活門(mén)負(fù)載：

　　計(jì)算系數(shù)如表4所示。

注：以上系數(shù)取法從略。

　　4.5.2軸承壽命

　　即可保證1個(gè)大修期間不用更換軸承。

　　5　結(jié)論DEVA—BM無(wú)論在水潤(rùn)滑或干摩擦狀態(tài)下均具有低摩擦、低磨損等諸多優(yōu)良的性能，在國(guó)外大型水力發(fā)電設(shè)備上，應(yīng)用廣泛。如在水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)上、中、下導(dǎo)葉軸套、控制環(huán)連桿梢軸套、軸流轉(zhuǎn)漿式漿葉的軸套、控制環(huán)抗磨塊和大中型球閥及蝴蝶閥的閥軸軸套上均得到了廣泛的應(yīng)用。

來(lái)源：《黑龍江電力》